توليد الكهرباء من الماء: الطاقة الكهرومائية هي الطاقة في نقل المياه

توليد الكهرباء من الماء , لدى الناس تاريخ طويل في استخدام قوة المياه المتدفقة في الجداول والأنهار لإنتاج الطاقة الميكانيكية. كانت الطاقة الكهرومائية واحدة من أوائل مصادر الطاقة المستخدمة لتوليد الكهرباء ، وحتى عام 2019 ، كانت الطاقة الكهرومائية أكبر مصدر لإجمالي توليد الكهرباء المتجددة السنوي في الولايات المتحدة.

 توليد الكهرباء من الماء

في عام 2020 ، شكلت الطاقة الكهرومائية حوالي 7.3٪ من إجمالي نطاق المرافق في الولايات المتحدة. 1 توليد الكهرباء و 37٪ من إجمالي توليد الكهرباء المتجددة على نطاق المرافق. انخفضت حصة الطاقة الكهرومائية من إجمالي توليد الكهرباء في الولايات المتحدة بمرور الوقت ، ويرجع ذلك أساسا إلى الزيادات في توليد الكهرباء من مصادر أخرى.

تعتمد الطاقة الكهرومائية على دورة المياه

فهم دورة المياه مهم لفهم الطاقة الكهرومائية. دورة المياه لديها ثلاث خطوات:

تسخن الطاقة الشمسية المياه على سطح الأنهار والبحيرات والمحيطات ، مما يؤدي إلى تبخر المياه.

يتكثف بخار الماء في السحب ويسقط مع هطول الأمطار - المطر والثلوج.

يتجمع هطول الأمطار في الجداول والأنهار ، التي تفرغ في المحيطات والبحيرات ، حيث تتبخر وتبدأ الدورة مرة أخرى.

تحدد كمية الأمطار التي تصب في الأنهار والجداول في منطقة جغرافية كمية المياه المتاحة لإنتاج الطاقة الكهرومائية. ويمكن أن يكون للتغيرات الموسمية في هطول الأمطار والتغيرات الطويلة الأجل في أنماط هطول الأمطار، مثل الجفاف، آثار كبيرة على توافر إنتاج الطاقة الكهرومائية.

يتم إنتاج الطاقة الكهرومائية بالماء المتحرك

نظرا لأن مصدر الطاقة الكهرومائية هو الماء ، فإن محطات الطاقة الكهرومائية تقع عادة على مصدر مياه أو بالقرب منه. يحدد حجم تدفق المياه والتغير في الارتفاع - أو السقوط ، وغالبا ما يشار إليه باسم الرأس - من نقطة إلى أخرى كمية الطاقة المتاحة في المياه المتحركة. بشكل عام ، كلما زاد تدفق المياه وارتفع الرأس ، زادت الكهرباء التي يمكن أن تنتجها محطة الطاقة الكهرومائية.

في محطات الطاقة الكهرومائية ، تتدفق المياه عبر أنبوب ، أو البنستوك ، ثم تدفع ضد وتحول شفرات في التوربينات لتدوير مولد لإنتاج الكهرباء.

تشمل مرافق الطاقة الكهرومائية التقليدية ما يلي:

أنظمة الجريان النهري ، حيث تطبق قوة تيار النهر ضغطا على التوربينات. قد تحتوي المرافق على غرابة في مجرى المياه لتحويل تدفق المياه إلى التوربينات المائية.

أنظمة التخزين، حيث تتراكم المياه في الخزانات التي أنشأتها السدود على الجداول والأنهار ويتم إطلاقها من خلال التوربينات المائية حسب الحاجة لتوليد الكهرباء. تحتوي معظم مرافق الطاقة الكهرومائية الأمريكية على سدود وخزانات تخزين.

مرافق الطاقة الكهرومائية للتخزين بالضخ هي نوع من أنظمة التخزين الكهرومائية حيث يتم ضخ المياه من مصدر مياه إلى خزان تخزين على ارتفاع أعلى ويتم إطلاقها من الخزان العلوي لتشغيل التوربينات الكهرومائية الموجودة أسفل الخزان العلوي. يمكن توفير الكهرباء اللازمة للضخ بواسطة التوربينات المائية أو بواسطة أنواع أخرى من محطات توليد الطاقة بما في ذلك الوقود الأحفوري أو محطات الطاقة النووية. وعادة ما يضخون المياه للتخزين عندما يكون الطلب على الكهرباء وتكاليف التوليد، و/ أو عندما تكون أسعار الكهرباء بالجملة منخفضة نسبيا وتطلق المياه المخزنة لتوليد الكهرباء خلال فترات ذروة الطلب على الكهرباء عندما تكون أسعار الكهرباء بالجملة مرتفعة نسبيا. تستخدم أنظمة الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها بشكل عام المزيد من الكهرباء لضخ المياه إلى خزانات تخزين المياه العلوية أكثر مما تنتجه من المياه المخزنة. لذلك ، فإن مرافق التخزين التي يتم ضخها لديها أرصدة صافية سلبية لتوليد الكهرباء. تنشر إدارة معلومات الطاقة الأمريكية توليد الكهرباء من محطات الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها على أنها توليد سلبي.

تاريخ الطاقة الكهرومائية

الطاقة الكهرومائية هي واحدة من أقدم مصادر الطاقة لإنتاج الطاقة الميكانيكية والكهربائية وحتى عام 2019 ، كانت أكبر مصدر لإجمالي توليد الكهرباء المتجددة السنوي في الولايات المتحدة. منذ آلاف السنين ، استخدم الناس الطاقة الكهرومائية لتشغيل عجلات التجديف على الأنهار لطحن الحبوب. قبل أن تتوفر الطاقة البخارية والكهرباء في الولايات المتحدة ، كانت مصانع الحبوب والأخشاب تعمل بالطاقة الكهرومائية مباشرة. كان أول استخدام صناعي للطاقة الكهرومائية لتوليد الكهرباء في الولايات المتحدة في عام 1880 لتشغيل 16 مصباح قوس فرشاة في مصنع كرسي ولفيرين في غراند رابيدز ، ميشيغان. افتتحت أول محطة للطاقة الكهرومائية الأمريكية لبيع الكهرباء على نهر فوكس بالقرب من أبليتون ، ويسكونسن ، في 30 سبتمبر 1882.

هناك حوالي 1450 محطة للطاقة الكهرومائية التقليدية و 40 محطة للطاقة الكهرومائية تعمل في الولايات المتحدة. أقدم منشأة للطاقة الكهرومائية في الولايات المتحدة هي محطة وايتينغ في وايتينغ بولاية ويسكونسن ، والتي بدأت العمل في عام 1891 ولديها قدرة توليد إجمالية تبلغ حوالي 4 ميجاوات (MW). يتم إنتاج معظم الطاقة الكهرومائية في الولايات المتحدة في السدود الكبيرة على الأنهار الرئيسية ، وتم بناء معظم هذه السدود الكهرومائية قبل منتصف 1970s من قبل وكالات الحكومة الفيدرالية. أكبر منشأة للطاقة الكهرومائية في الولايات المتحدة ، وأكبر محطة للطاقة الكهربائية في الولايات المتحدة من حيث قدرة التوليد ، هي سد غراند كولي الكهرومائي على نهر كولومبيا في واشنطن بقدرة توليد إجمالية تبلغ 6،765 ميجاوات.

1 محطات توليد الكهرباء على نطاق المرافق لديها ما لا يقل عن 1 ميغاواط من إجمالي قدرة توليد الكهرباء. قدرة التوليد هي صافي الطاقة الصيفية.